酸处理降低地层破裂压力的计算分析

针对超深储层的破裂压力很高,对压裂施工设备的功率和承载能力要求更高,在施工安全上存在一定隐患的实际,研究了超深储层的破裂压力模型以及利用岩石力学性质的酸敏性,采取酸化预处理降低地层破裂压力,建立了射孔井筒破裂压力预测模型,分析了酸化预处理降低地层破裂压力机理。利用西部某深层气藏岩样室内酸处理前后岩石弹性模量、泊松比和岩石抗压强度变化结果,计算了该气藏酸处理前后的破裂压力,结果表明酸预处理后破裂压力大幅下降,对降低压裂施工压力有重要作用。为在现有工程条件和技术条件下,准确预测破裂压力和施工压力、合理选用施工设备、降低储层改造的工程风险提供了方法。     

致密油水平井连续油管自适应定向水力喷砂射孔改造技术的应用

为解决致密、页岩储层开发中常规螺旋分布炮弹射孔+体积压裂改造过程中起裂压力高、易沟通底层或盖层形成无效缝网的问题，结合连续油管水力喷砂射孔技术，提出了连续油管自适应定向喷砂射孔填砂分段一体化压裂改造工艺，研发了配套水平井自适应定向装置，并应用于玛湖致密油Ma1井的压裂改造，取得了较好改造效果。结果表明：①一定角度的定向射孔可以诱导水力裂缝沿有益方向延展，并形成复杂缝网，在其他因素不变的情况下，射孔方位及射孔孔深可以共同影响裂缝转向半径进而控制有效复杂缝网体积；②自主研发水平井自适应定向装置在水平段通过钢球重力及连续油管泵注实现自主定位，并可实现一次入井多次定位目标，Ma1井中多次定方位喷射作业中未发生故障，适用性强，可靠性高；③全过程油管内高压射流可以实现孔内增压、冲蚀孔眼与负压携液三种作用叠加，其可降低地层破裂压力、增加孔深、增大转向半径同时降低泵注设备压力，可对致密油水平井定向射流诱导压裂缝网形成起正向促进作用；④在玛湖Ma1井现场实施，比常规射孔降低起裂压力26%，日均产量平均最高提高78.4%。结论认为，通过水力喷射定向射孔有效腔体起裂压力；定向水射流诱导裂缝延展，可有效避免致密油水平井压裂中不当射孔将裂缝快速诱导至底层或盖层，形成无效缝网的难题；水力喷射诱导形成更为复杂的缝网形成提高单井产量，该技术可为页岩、致密油气资源规模化开发提供一种新的技术思路。     

玛湖百口泉组致密砾岩储层天然气驱特征的实验研究

天然气驱在致密储层中具有良好的提高采收率效果,但目前尚缺乏在致密砾岩储层中的应用经验。本文选取了M131及M18井区的储层岩心,开展了长岩心天然气驱及天然气-水交替驱替实验,分析了两种注入条件下的采收率、驱替压力及出口气油比变化特征,探究了天然气驱在玛湖百口泉组致密砾岩储层中的适用性。结果表明：天然气驱在M18及M131井区致密砾岩储层提采效果显著,非混相条件下能将综合采收率提高至60%以上,而混相条件下采收率可以进一步提高至70%以上。气窜现象会显著制约储层整体的采收率,天然气-水交替注入可有效减缓储层中的气窜现象,进一步提高储层的采收率。但天然气-水交替注入会逐步提高注入压力,且注入压力会随着注入轮次的增加而提高,但混相条件下的注入压力要小得多。综合注入压力、采收率等参数,玛湖百口泉组致密砾岩储层更适宜采用混相条件下的天然气-水多轮次驱替方式来提高储层的综合采收率。     

低渗透储层酸预处理降低破裂压力机理

针对高压、高温、低渗透等难动用储层安全高效压开的问题,从岩石力学性质因素研究入手,分析酸化过程中酸与矿物的反应,从微观结构上阐述酸化预处理降低破裂压力的机理,结合酸预处理后的铸体薄片、扫描电镜观察的微观实验和酸预处理前后的宏观力学性质测试结果,阐明了酸预处理降低破裂压力的机理。迪那地区过酸前后岩石力学的实验和破裂压力的计算结果表明:酸化预处理能够改变岩石的力学性质,并有效降低破裂压力,为这类储层开发提供技术思路。     

玛湖砾岩油藏体积压裂开发后烃气混相驱提高采收率实验

在新疆玛湖致密砾岩油藏采用烃气驱大幅提高采收率技术,面临水平井体积压裂规模开发后,小井距下水力压裂缝网易形成气窜通道,影响气驱波及体积的问题。为研究压裂后水平井井网对烃气驱开发效果的影响,提出了玛湖致密砾岩油藏人工裂缝+基质注烃气驱油模式,基于该模式设计实验模型,利用拼接比例的不同造缝与未造缝全直径岩心模型进行气驱实验,明确压裂缝与基质关系。结果表明：通过烃气驱岩心采收率可达38.26%;全直径岩心造缝比例越高,采收率越低;小规模的压裂可以使采油速度更加平稳,同时可以获得更高的采收率;烃气驱结束后通过吞吐的方式可进一步提高采出程度7.1%。该项实验可以为烃气驱现场试验水平井压裂规模、合理井距及注气速度提供了具有现实指导意义的研究基础。     

考虑玛湖砾岩油藏复模态结构下的压裂水平井压力分析

玛湖油田为典型的致密砾岩油藏,常用“密切割、长水平段、水平井+体积压裂”的开发方式进行投产,整体具备三线性流模型特征,但砾岩基质独特的复模态结构,导致其又与常规的三线性流模型有所差异。因此,本文从砾岩油藏的复模态结构出发,分析其基质渗流特征,同时以压裂水平井的三线流模型为基础,建立考虑基质复模态结构下的渗流数学方程,并利用换元变换、Pedrosa变换、摄动变换等方法联合对数学模型求解后进行了流态划分、敏感性参数分析及现场应用。研究表明：受改造区基岩中基质与未改造区供液双重影响,本文模型双线性流特征更加明显;同时储容比、窜流系数、启动压力梯度及应力敏感对曲线影响阶段不同,其中储容比、应力敏感越大,压力曲线局部越向上偏移,窜流系数、启动压力梯度越大,压力曲线局部越向下偏移。矿场应用表明：该模型与实际数据拟合较好,符合储层实际情况,可为砾岩储层压裂水平井的动态监测提供一定的指导意义。     

页岩夹煤层弱面水平井段定面射孔优化分析

在水平井压裂施工过程中,射孔参数的优化是降低储层破裂压力,提高油田经济效益最直接有效的方法。在地下储层中,弱面的存在增强了储层的非均质性,同时改变了射孔时的起裂压力。应用单一弱面强度理论,结合射孔完井下单孔眼最大主应力公式,推导出含弱面水平井段单孔眼最大主应力与弱面倾角的关系。并使用有限元分析软件ABAQUS,对9组不同角度弱面倾角水平井段进行定面射孔模拟分析,得到弱面倾角对孔眼最大主应力和最佳射孔密度的影响规律,对理论模型结果进行验证。结果表明:孔眼处最大主应力受弱面倾角控制,当弱面倾角βφ/2+45°时,孔眼处最大主应力随弱面倾角增大而减小,此时最佳射孔密度选用13孔/m;当弱面倾角βφ/2+45°时,随弱面倾角增大,孔眼处最大主应力先减小后增大,最佳射孔密度选用16孔/m;当弱面倾角β=φ/2+45°时,井筒将会沿着弱面发生破裂。对于含弱面水平井段的射孔提出优化方案,最大限度地降低地层破裂压力,该方法对实际生产具有一定的理论指导意义。     

准噶尔盆地玛湖西斜坡百口泉组储层特征研究

环玛湖凹陷T/P不整合面之上,三叠系百口泉组为一套砂砾岩为主的沉积体,其内部结构复杂,储层孔隙形成机理及物性的影响因素复杂,给储层预测带来困难。利用岩石薄片、铸体薄片、扫描电镜及电子探针等微观手段,结合岩心观察、物性分析,对玛湖西环带斜坡区百口泉组储层的孔隙形成机理进行研究,发现该区砂砾岩储层主要发育三类孔隙,剩余粒间孔、泥质杂基收缩孔、长石溶孔。其中剩余粒间孔和泥质杂基收缩孔主要发育于以扇三角洲前缘颗粒流沉积为主体的百一段细砾岩中,前者因砾石以及砾石间石英、长石等刚性颗粒的支撑而形成,后者因原始孔隙中伊/蒙混层矿物向伊利石转化形成;百二段和百三段少量发育的长石溶孔主要存在于扇三角洲平原泥石流沉积的含泥含砂中砾岩和河道砂岩中,因碱性长石被源于二叠系风城组烃源岩的有机酸溶蚀而形成。并且颗粒流成因的砂质细砾岩物性和含油性明显好于泥石流沉积的含泥、含砂中砾岩。     

水平井大规模压裂固井水泥石性能设计方法

水平井大规模压裂对固井水泥石性能提出了更高的要求，不仅要求水泥石有一定的抗压强度，还需要具备一定变形能力。目前普遍采用的标准已不能满足水平井大规模压裂对水泥环密封性的要求。基于压裂工况条件下水泥环受力分析模型，综合考虑水泥环拉伸破坏和界面剥离破坏两种失效形式，提出了一种能满足大规模压裂密封要求的固井水泥石性能设计方法，建立了包含弹性模量、泊松比以及抗拉强度（或屈服强度）的固井水泥石性能指标控制图版，量化了水泥石的杨氏模量、泊松比、抗拉强度（或屈服强度）之间的关系。根据该指标控制图版进行水泥石性能设计，可以有效减少水泥环破坏的风险。建立了玛湖油田大规模压裂水平井固井指标控制图版，并根据该控制图版优选了弹韧性水泥浆体系，该体系现场应用10余口井，顺利完成了井口压力增量90 MPa的储层压裂改造，效果良好，达到了预期产量。     

致密砾岩油藏压裂甜点预测研究—以玛18井区为例

致密油藏压裂甜点的准确预测是合理部署井位和压裂改造成功的关键。玛湖致密砾岩油藏复杂的地质特征和强非均质性,导致其压裂甜点的预测较为困难。针对目前缺乏有效预测玛湖砾岩油藏压裂甜点方法的问题和提高水平井压裂改造效果的迫切需求,本文在压裂改造效果主控因素分析基础上,以储层改造体积（Stimulated Reservoir Volume, SRV）为预测指标,首先优选已有基于可压性指数的压裂甜点评价模型,同时建立了基于机器学习的致密砾岩油藏压裂甜点预测模型,最终形成了适用于玛湖致密油藏压裂甜点的预测方法。研究结果表明：在基于可压性指数的压裂甜点预测模型中,Cui、Di、Lai等人建立的模型与实际监测结果有具有较高吻合度;在基于机器学习算法的压裂甜点预测模型中,随机森林、GRBT、Bagging模型表现出较好的性能;虽然当前数据下基于可压性计算的压裂甜点模型的性能更佳,但是随着现场数据的更新与准确度的提高,基于机器学习的压裂甜点模型预测精度将不断改善。研究成果对于玛湖致密砾岩油藏压裂甜点和综合甜点评价、井位部署、压裂改造设计具有重要的指导意义。     

玛湖致密砾岩注氮气驱机理及应用效果评价

针对玛湖致密砾岩储层采用的水平井+体积压裂衰竭开发,产量递减快的问题,分别在室内和现场开展了注氮气提高采收率研究。室内实验通过气驱相态、混相能力、驱油效果等方法评价了M区块的提高采收率潜力。实验结果表明,氮气在原油中溶解度小,驱油机理主要依靠自身的膨胀性驱油,且氮气的最小混相压力62.3 MPa,目前M区块很难达到混相驱。现场在玛湖油田M区块选择一个1注5采的井组开展注氮气先导试验,并取得了较好的效果。单井评价了产油量、油压、气油比、氮气浓度等4个参数指标的见效特征;井组分析了注气前和注气过程中产量的变化,累增油1 953 t。最后结合地质和工程认识,总结了影响注气效果的主控因素。本次注氮气应用效果显著,验证了致密砾岩储层水平井+体积压裂注氮气提高采收率是一项可行的技术。     

油井水泥石脆性降低的途径及其作用机理

针对国内油田薄油层井、小间隙井和侧钻井固井后射孔及后续增产措施造成的水泥环脆裂（即二次窜流）问题，为了降低水泥石的脆性，正确评价不同材料对水泥石韧性或弹性的影响，对掺有胶乳、橡胶粉和PVA纤维水泥石的抗折强度、抗压强度、抗冲击功和弹性模量等力学性能进行了研究，并对3种材料的作用机理进行了剖析。研究结果表明，与净浆水泥石相比，掺有胶乳和橡胶粉水泥石的弹性模量分别降低了69％-76％和49％-60％，掺有PVA纤维水泥石的抗冲击功和抗折强度分别提高了9％-89％和16％-37％。胶乳、橡胶粉与水泥水化产物的有效铰接和桥联作用显著提高了水泥石的弹性，PVA纤维的有效阻裂作用显著提高了水泥石的韧性。     

射孔对井眼围岩应力场及破裂压力影响规律

 射孔在一定程度上可以有效地降低地层破裂压力,避免裂缝扭曲和多裂缝的不利现象;射孔参数的改变会导致井壁围岩应力场及破裂压力的改变,进而影响压裂施工和压后产能.加强射孔井井壁围岩应力场的动态演化规律研究,对指导水力压裂施工、井壁稳定性、储层改造等具有重要的意义.利用ABAQUS有限元计算软件建立套管-水泥环-地层的三维数值模型,在考虑流固耦合效应和动态效应的基础上,运用单一变量理论对不同的射孔密度、射孔长度、射孔方位角等射孔参数进行模拟分析,得到井壁围岩应力分布及水力压裂破裂压力的定性认识并给出最优的射孔参数.研究结果可为压裂井射孔工艺技术优化设计提供一定的理论指导.     

定向井压裂射孔方位优化及应用研究

低渗储层采用定向井水力压裂是油气田增储上产和降本增效的重要措施和手段。射孔是压裂前打开储层的首要工序，射孔质量好坏直接影响定向井产能的发挥程度。为了降低储层起裂压力、减少砂堵风险，需要进行定向井压裂射孔方位优化。考虑原地应力、套管水泥环诱导应力、射孔孔眼诱导应力、井筒注液诱导应力和流体渗流诱导应力综合叠加，基于张性破坏准则，建立了基于最低裂缝起裂压力（FIP）的定向井压裂射孔方位优化模型；并进一步通过室内物理模拟，验证了模型的可靠性与合理性。模拟结果表明，FIP在360°射孔方位内周期性变化，存在两个最小和最大FIP点，并且随着井筒方位角的增加而增加，最小FIP逐渐增加，最大FIP逐渐减小；不同井斜角和方位角的最小FIP对应的射孔方向相差较大，斜井的最佳射孔方向应同时考虑井斜角和方位角的综合影响；水平主应力差和施工排量等因素对确定最佳射孔方位影响不大；并且在SXM气田X井进行了现场应用，优化的最佳射孔方向角为20°和205°，其对应的最小起裂压力为45.5 MPa。从而降低施工难度，为低渗储层射孔方位优化技术提供借鉴。     

分段压裂过程中射孔段水泥环密封完整性的数值模拟

水平井射孔段井筒由于孔眼的存在,在分段压裂过程中应力集中现象极易加剧固井水泥环的破坏。此外,由于高压压裂液直接作用在水泥环孔眼壁面上,使其完整性在压裂过程中遭受的挑战更大。本文建立了热流固耦合数值模型旨在分析分段压裂过程中射孔段水泥环内部的温度与应力变化,研究了套管内压、压裂液排量、水泥弹性模量、孔径与孔密对于水泥环密封完整性的影响规律。计算结果表明,压裂过程中水泥环一界面、二界面以及孔眼处均会产生剪切破坏。考虑瞬态力热耦合作用时,水泥环孔眼处失封风险提高。压裂液排量、孔径与孔密对水泥环切向应力影响较小;套管内压与水泥环弹性模量的降低虽然可在一定程度降低剪切破坏系数,但难以避免射孔段水泥环压裂初期的剪切破坏。     

定量计算酸预处理降低破裂压力模型研究

酸化预处理是降低地层破裂压力行之有效的方法。对于特定地层,预处理酸液类型、酸液浓度、用酸强度及酸化后储层破裂压力降低程度往往依赖于经验,亟需理论指导。通过分析酸化引起的岩石力学性质变化,建立砂岩酸化损伤模型,在此基础上定量计算了酸化后破裂压力值。通过现场2口井酸化前后的破裂压力降低值与模拟计算结果对比认为：所建模型合理,可以用于指导现场酸化施工,降低施工风险。研究对于推动深层储层水力压裂理论的发展具有重要意义和参考价值。